Wie muss die Energiewende für einen wirksamen Klimaschutz verlaufen?

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1 Wie muss die Energiewende für einen wirksamen Klimaschutz verlaufen? Aktuelle Klimaschutzszenarien für Deutschland 18. Schönauer Stromseminar Dr. Joachim Nitsch

2 Für Deutschland erfordert die Einhaltung des Minderungsziels von Paris eine Reduktion aller THG um mindestens 95% bis 25; energieseitig erfordert dies ein 1%ige EE-Versorgung bis spätestens 25 THG-Emissionen, Mio. t CO 2 äq/a Ist SZEN TREND 17 SZEN KLIMA 17 MEFF SZEN KLIMA 17 HEFF Ziele des Energiekonzepts TREND 17: Wirkung derzeitiger Maßnahmen und Rahmenbedingungen KLIMA17 MEFF: Zielerfüllung 25 mit mittlerer Effizienz; EE-Anteil = 55%; EFF-Anteil = 45% KLIMA17 HEFF: Zielerfüllung 25 mit hoher Effizienz; EE-Anteil = 44%; EFF-Anteil = 56% Ohne erhebliche Verringerung des Energieverbrauchs kann die Energiewende nicht gelingen Zielwerte THG-Emissionen: 75 (-4%) 56 (-55%) 63 (-95%) Zielverfehlung TREND : Zielverfehlung KLIMA 17 : 3 <

3 Die Intensität von Effizienzstrategien hat einen erheblichen Einfluss auf den EE-Bedarf Endenergieverbrauch; PJ/a Ist SZEN TREND 17 SZEN KLIMA 17 MEFF SZEN KLIMA 17 HEFF -18% -43% -51% Bisherige Verbrauchsverringerung ( ):,2 %/a TREND 17 (216 26):,4 %/a Klimaschutzszenarien (216-26): 1,3-1,6%/a Technisch und strukturelle mögliche Energieverbrauchsreduktionen können den notwendigen EE-Ausbau erheblich verringern EE - Stromerzeugung, TWh/a Ist SZEN TREND 17 SZEN KLIMA 17 MEFF SZEN KLIMA 17 HEFF 192 Delta 25: 215 TWh/a EE-Wärmebereitstellung; PJ/a Ist SZEN TREND 17 SZEN KLIMA 17 MEFF SZEN KLIMA 17 HEFF 57 Delta 25: 41 PJ/a

4 Prämissen einer nachhaltigen Transformation des Energiesystems (.. und Rahmenbedingungen für die Szenarienentwürfe) (1) Wind- und Solarstrom sind die Hauptenergiequellen ( neue Primärenergie ) einer vollständig auf erneuerbaren Energien basierenden Energieversorgung; alle anderen EE-Quellen ( Biomasse, Solarthermie, Umweltwärme, Geothermie, Wasserkraft) haben nur begrenzte Potenziale. (2) Dieser EE-Strom muss in erheblichem Umfang auch fossile Brennstoffe im Wärmesektor und fossile Kraftstoffe im Verkehr (Elektromobilität) ersetzen. Eine jederzeit gesicherte Energieversorgung kann bei (sehr) hohen EE-Anteilen jedoch nicht ausschließlich innerhalb des Stromsystems (Netzausbau, Batterien, neue Nutzer) und der Wärmeversorgung als Puffer (Power to Heat) sichergestellt werden. Auch ein voll elektrischer Verkehr ist nicht möglich. (3) Es wird daher auch ein aus EE-Strom hergestellter chemischer Energieträger benötigt, der große Energiemengen über längere Zeit speichert kann. Die Anzahl der Umwandlungsschritte (steigende Verluste) müssen gegen die Vorteile der Nutzung bestehender Infrastrukturen (Gasnetze, Tankstelle u.a.) abgewogen werden. (4) Mittels eines chemischen Energieträgers kann auch jederzeit und in ausreichendem Umfang flexible, gesicherte Leistung bereitgestellt werden. Die dafür am besten geeignete Technologie ist Kraft-Wärme-Kopplung als die effizienteste thermische Stromerzeugung. Die dazu erforderlichen Wärmeversorgungsstrukturen (Wärmenetze; dezentrale BHKW) müssen erhalten, ertüchtigt und ausgebaut werden. Wärmenetze sind auch für eine effektive Nutzung von Solarwärme, Umweltwärme, Geothermie und Biomasse wichtig.

5 Transformation des Stromsektors Kohlekraftwerke werden bis 24 außer Betrieb genommen; KWK spielt weiterhin eine wesentliche Rolle; längerfristig wird Erdgas durch EE-Wasserstoff (EE-Methan?) ersetzt. Zusätzliche Speicher und ertüchtigte Stromnetze ergänzen die neue Kraftwerkstruktur. Bruttostromerzeugung, TWh/a Kond-Strom, fossil, nuk. KWK-Strom, fossil SZEN KLIMA 17-MEFF KWK-Strom, EE Übrige EE Wind Sonne Beitrag der KWK zur Versorgungssicherheit (Leistung in GW): KOND-FOS: 62 KOND-NUK: 11 KWK-FOS: 23 2 KWK-EE *) : 5 32 Übrig. EE **) : 8 21 Wind: Sonne: Speicher: 6 12 Gesamt: Gesichert: ~ 1 ~ 93 Höchstlast: ~ 85 ~ 8 *) Biomasse, EE-H 2 **) Wasser, Geoth., H 2 -Gasturb. KWK-Strom, fossil + EE (%): Übriger EE-Strom (%): KOND-Strom, fossil/nuk. (%):

6 Eine erfolgreiche Transformation im Wärmsektor erfordert eine abgestimmte Vierfach Strategie. Energieeinsatz für Wärme, PJ/a SZEN: KLIMA 17-MEFF 18% 8% 39% 4%+6% 5% 9% (1) Effizienz - 51% 1% ~ 1% (2) EE Ausbau*) %: (3) KWK-Wärme %: (4) Stromwärme %: Heizöl; direkt Kohlen; direkt Gase; direkt Wasserstoff (KWK, Ind.) Stromwärme Industr. KWK, fossil Fern- +Nahwärme, fos. Biomasse Umweltw., Geotherm. Solarkollektoren HEFF - 62% Unter Klimaschutzgesichtspunkten sind derzeit nur rund 15% der Wärmeversorgung zukunftsfähig. 65% der heutigen Anlagen (Einzelfeuerungen Gas, Öl, Kohle) müssen ersetzt werden Die übrigen 2% (fossile KWK, fossiler Strom) müssen unter Erhalt und weiteren Ausbau der Strukturen vollständig auf EE umgestellt werden. Netzversorgung %: *) einschl. EE-Stromwärme; Wärme einschl. Prozesswärme Industrie

7 Das erforderliche deutliche EE-Wachstum im Wärmesektor muss sowohl Einzelanlagen als auch Anlagen, die in Wärmenetze einspeisen, umfassen; Biomasse sollte weitgehend und EE-Wasserstoff ausschließlich mit KWK-Anlagen genutzt werden Erneuerbare Wärme (ohne Strom); TWh/a SZEN: KLIMA 17-HEFF Bio: 88% Sol: 5% Geo: 7% Bio: 4% Sol: 17% Geo: 25% EE-H2:18% MEFF Wärmepumpen Solarthermie Einzelanlage Biomasse Einzelheizungen EE-Wasserstoff, KWK hydrothermal, tiefe Geoth. Biomasse fest, Heizwerke Solarthermie Nahwärme Biogener Abfall Biogas; KWK-Wärme Biomasse fest; KWK-Wärme Wachstum Gesamt: 2,5- fach Sonne/Umwelt: 8,5-fach KWK (Objekte /Netze): 3% 34% 39% Andere Nahwärme: 14% 16% 17% Einzelanlag. (ohne KWK): 56% 5% 44%

8 Erdgas als Brückentechnologie : Erdgas wird nach 225 kontinuierlich von EE-Wasserstoff verdrängt (Beispiel SZEN: KLIMA 17-MEFF) 4 35 Kond. Kraftwerke Kraft-Wärme-Kopplung Raumheizung, WW Prozesswärme Kraftstoffe NE-Verwendung Verluste EE-Wasserstoff Erdgaseinsatz (+ EE-H 2 ), PJ/a Gasturbine Prozesswärme, Chemie (Industrie) Kraftstoff KWK-Anlagen

9 Was für eine erfolgreiche Transformation des Energiesystems notwendig ist Effektiver Klimaschutz erfordert generell deutlich höhere Effizienzanstrengungen, da sonst der Bedarf an EE-Anlagen (Wind, Solarenergie) zu stark steigt; (bei Effizienz gemäß TREND wären in 25 rund 45% mehr EE als in SZEN 17-MEFF erforderlich, also statt ~ 48 GW rund 7 GW; derzeitige EE-Leistung ~1 GW). Es wird (auch bei gutem Lastmanagement) eine jederzeit verfügbare, gesicherte Leistung von mindestens 5 6 GW benötigt. Dafür sind neben Pumpspeichern und Batterien auch thermische Kraftwerke mit speicherbaren Energieträgern erforderlich. Aus Effizienzgründen sind dafür KWK-Anlagen am geeignetsten. Es ist deshalb erforderlich, den heutigen Bestand an KWK- Anlagen und Wärmenetze entsprechend zu modernisieren (HKW weg von Kohle), auszubauen und zu flexibilisieren. EE-Energieträger (Power to Gas) werden benötigt, um große Überschüsse an EE-Strom speichern und verwerten zu können. Sie können in KWK-Anlagen, im Verkehr, aber auch in der Industrie (Chemie, Prozesswärme) genutzt werden. Eine Optimierung dazu muss im Gesamtsystem stattfinden. Stromnetze müssen dazu auf allen Ebenen ertüchtigt und erweitert werden (zusätzliche elektrische Nutzer, Elektrolysen als neue Verbraucher ) Wärmenetze gewinnen an Bedeutung. Sie haben eine Vierfach-Funktion: (1) Aufnahme der Wärme flexibler KWK-Anlagen, insbesondere zukünftig auf Basis von EE-Energieträgern; (2) Aufnahme solarer, geothermaler und Umwelt-Wärme; (3) in Verbindung mit zusätzlichen Wärmespeichern Aufnahme von EE- Überschuss-Strom (Power to Heat); (4) Nutzung industrieller Abwärme (Effizienzsteigerung!); Eine effektive und volkswirtschaftlich vorteilhafte Weiterführung der Energiewende bis zur vollständigen Transformation des Energiesystems kann nur gelingen, wenn möglichst vielen Akteuren (Energieerzeuger und Energievebraucher) faire und ausreichende wirtschaftliche Anreize für Investitionen in EFF und EE geboten werden. Dazu muss das Preisgefüge auf den Energiemärkten die vollständigen Kosten der herkömmlichen fossil-nuklearen Energieversorgung enthalten. Eine angemessene CO 2 -Bepreisung ist der wesentlichste und wichtigste Schritt in diese Richtung.

10 Im alten Energiemarkt ist eine volkswirtschaftlich effektive Weiterführung der Energiewende nicht möglich - Beispiel Strommarkt: Klimaschäden und andere Umweltschäden werden ausgeblendet - 2 Strommarkt 217: CO 2 -Preis 5 /t 2 Klimagerechter Strommarkt: CO2-Preis bis 8 /t Stromgestehungskosten; ct/kwh Stromgestehungskosten; ct/kwh Weitere Kostensenkungspotenziale Stromkosten Klimaschäden: 5 /t Stromkosten zusätzl. Klimaschäden: 4 /t Luftschadstoffe Klimaschäden: 5 /t zusätzl. Klimaschäden. 8 /t Aus Gründen der Effizienz und der Steuerbarkeit ist ein einheitlicher und umfassender Lenkungsmechanismus wünschenswert. Vor diese Hintergrund schlägt die Expertenkommission eine allgemeine CO 2 -Bepreisung als Leitinstrument vor, um einen stabilen und langfristigen Rahmen für die Transformation des Energiesystems zu setzen. Aus der Stellungnahme der Expertenkommission zum Monitoring-Bericht der Bundesregierung für das Berichtsjahr 215 vom Dezember 216, Seite 6 (Punkt 15,17).

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Einige Literaturhinweise: J. Repenning, K. Henneberg, W. Schade, B. Schlomann u.a.: Klimaschutzszenario 25. Zusammenfassung des 2. Endberichts; Studie im Auftrag des BMUB, Öko-Institut, Fraunhofer-ISI, Berlin, 26.Nov. 215 J. Nitsch: Die Energiewende nach COP 21- aktuelle Szenarien der deutschen Energieversorgung Kurzstudie für den Bundesverband Erneuerbare Energien e.v. Berlin (BEE), Stuttgart, 8. März A.Löschel, G. Erdmann, F.Staiß, H-J. Ziesing: Stellungnahme zum fünften Monitoring-Bericht der Bundesregierung für das Berichtsjahr 215. Expertenkommission zum Monitoring-Prozess, Berlin, Münster, Stuttgart, Dezember 216 Agora-Energiewende (217): Energiewende und Dezentralität. Zu den Grundlagen einer politisierten Debatte. Bericht 18/4-A-217/DE, Berlin, Februar J. Nitsch: Erfolgreiche Energiewende nur mit verbesserter Energieeffizienz und einem klimagerechten Energiemarkt. Aktuelle Szenarien der deutschen Energieversorgung. Stuttgart, 12. Mai 217; und Dr. Joachim Nitsch, Gutachter und Berater für innovative Energiesysteme; bis Ende 25 Abteilungsleiter: Systemanalyse und Technikbewertung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Stuttgart,